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量子计算的再现危机:马约拉纳费米子

2023-07-01 09:21:01
TAG: 费米子
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左迁
寻找马约拉纳信号的实验是通过将纳米线放入能够将其冷却到接近绝对零度的稀释冰箱中进行的。资料来源:HGA Architects and Engineers

探测一种新型量子粒子马约拉纳费米子(Majorana fermion)的竞赛蒙上了阴影。这种量子粒子可以为量子计算机提供动力。作为一个在这个领域工作的人,我开始担心,在一系列错误的开始之后,马约拉纳领域的很大一部分是在欺骗自己。几个声称已经探测到马约拉纳粒子的关键实验,最初被认为是突破,但还没有得到证实。最近的一个案例以高调撤回《自然》(见《自然》591,354-355;这是我和同事文森特·穆里克共同发起的,他是澳大利亚悉尼新南威尔士大学的物理学家。我们在从原始实验中获得了未纳入论文的额外数据后提出了担忧。

这事关重大。马约拉纳粒子理论上是它们自己的反粒子,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳(Ettore Majorana)在1937年就预测到了这一点。计算机巨头微软公司希望利用马约拉纳粒子来建造一台可靠的量子计算机:这些粒子可以制造出异常稳定的量子比特。围绕它们的科学兴奋不亚于引力波和希格斯玻色子。

在实验上,研究人员对马约拉纳岛是否已经被探测到存在分歧,更不用说它们是否是量子计算的资产了。随着对这种说法的怀疑逐渐蔓延至鉴赏家之外,该领域正面临着声誉受损的风险,尽管其前景尚未被开发。

在实验室中生产马约拿鱼非常困难。实验结合了纳米技术、超导、设备工程和材料科学等前沿领域。在最先进的方法中,研究人员必须首先培育出一个纳米线晶体——这本身就是一项壮举——以产生一个直径为100纳米(人类头发宽度的千分之一)的原子柱。然后,他们必须将电线连接到一个足够灵敏的电路上,以测量通过它的单个电子。整个实验必须在绝对零度以上大约百分之一度的温度下,在一个磁场是地球磁场10000倍的环境中进行。

在这些极端情况下,当导线中所有的电子都被磁化时,马约拉纳粒子就会从导线两端出现。理论上是这样。

超过100个组织已经尝试过了。据报道,有24人在马约拉纳岛示威。它们通常以特征电子信号的形式出现:随着纳米线上电压的变化,电流会出现一个狭窄的峰值。我是第一批观察到这个现象的团队的成员之一,那是在2012年。不久,更多的报纸出现了。对电流量子化值的探测,先是在理论上预测,然后在2017年的《科学2》(Science2)和2018年的《自然3》(Nature3)上发表的实验中报告,被许多人解释为马约拉纳岛存在的最终证据。

2020年,在进行了重复实验后,这些观察结果受到了仔细审查。《科学》杂志发表了一项由宾夕法尼亚州立大学研究人员在大学公园领导的实验,与2017年的报告相矛盾。我的团队复制了2018年《自然》研究中的图案,但证明它们不一定来自马约拉纳岛。我们交叉检查了同一根纳米线的两端,但发现只有一端有电流峰值。这违背了马约拉纳人总是成对出现的理论的基本预期。反驳的速度正在加快:研究人员还无法证实两篇声称在纳米线中发现马约拉纳机制的独立论文的发现。一种新的铁基超导体,Fe(Te,Se)的当前峰值的报道,被科学和自然通讯杂志上的Majoranas10-12所引用,在今年的物理评论快报发表之后,将需要变得更加细致。

教训:马约拉纳粒子并不是产生当前峰值信号的必要条件。至少从2014年起,我们已经知道了一些更普通的解释,比如其他非Majoranas14的量子态,由纳米线缺陷引起的意外信号,或者是令人着迷但之前 探索 过的众多电子的合作行为(见“混合信号”)。然而,积极的文件不断出现,甚至没有提到其他解释,造成的印象是马约拉纳的乐观主义者和悲观主义者之间的激烈辩论。

作为一个发表过和评论过积极和消极的马约拉纳主张的人,我感觉到了一个更广泛的问题。这场争论已经开始削弱人们对让电流通过量子物体的基本实验方法的信心,尽管这项强大的技术已被用于许多重大发现,包括获得诺贝尔奖的超导性观察、量子霍尔效应和隧道效应。

它已经开始影响我了。未来的研究生会问我是否要停止马约拉纳的研究。Grant审稿人认为是方法论而不是选择性的数据报告导致了这个领域的混乱。

在我看来,通常被称为“量子传输”的基本方法并没有错。我觉得有选择性的数据展示是主要问题。如果所有的论文都包含完整的或至少是适当选择的数据集,量子物理学家就可以给出正确的解释,不管马约拉纳岛或不。

但我认为,研究人员是在挑三拣四——把注意力集中在与马约拉纳理论一致的数据上,而把不一致的数据放在一边。一个很好的例子是:《科学》杂志(Science)在2020年发表的一篇关于Fe(Te,Se)的论文中报告了电流的量化行为,在评估的60个漩涡中,作者在单个漩涡中看到了这种行为。我认为,一些可能不够严格的期刊和审稿人可以支持数据选择研究人员。(当被问及2020年的论文时,《科学》杂志的一位发言人表示,结果和结论,包括解释所观察到的量化的替代机制,都被仔细地介绍了出来。)我和其他审稿人一次又一次地主张,期刊不要基于选择性的数据展示发表论文,而只看到它们出现在其他(有时是同一种)期刊上。有时候,如果一个图表能够说明全部情况,那么就没有必要呈现所有的数据。但是,对于马约拉纳粒子来说,仅仅通过数据搜索来确定正确高度的峰值是不够的,尤其是在存在替代理论的情况下。

选择偏见很容易在假设驱动的实验研究中占据主导地位。“最好的”数据通常被认为是那些符合理论的数据。因此,偏差很容易被排除为实验或人为错误,从而被排除。

另一个问题是,审查马约拉纳主张所需的同行审查范围太广。在任何多学科领域,审查都是困难的。裁判往往是某一学科的专家,很难评判其他学科,这就留下了空白。例如,一个理论物理学家可能对评估计算很满意,但对实验过程却不满意,而一个了解如何生长纳米线的材料科学家可能会跳过理论部分。但要正确评估这项研究,需要对整个研究的整体观点。

这是一个再熟悉不过的故事。《自然》杂志对化学、生物学、物理学、工程学和医学科学的“再现性危机”进行了调查(见《自然》533,452-454;(2016年),选择性报告结果是罪魁祸首。几十年来我们都看到过这种情况。物理学家罗伯特·米利根(Robert Millikan)在一个多世纪前的油滴实验中遗漏了一些著名的数据点。他确实接近了电子电荷的实际值——但科学不能依赖于这种侥幸。由于数据的选择方式,一些马约拉纳岛的论文被证明是不可靠的。

整个浓缩物质物理学界的行为规范需要更新。只有一个解决办法,那就是全面加强问责制。以下步骤将有助于马约拉纳岛的研究和其他领域。

公开数据。科学家应该在存储库中公开所有数据,并遵守共享标准,比如公平(可查找性、可访问性、互操作性和可重用性)15。有些管理是不可避免的。现代物理实验室收集的数据量很高:计算机脚本控制设备,可能一天24小时运行。一种补救方法是清楚地解释用于执行任何数据选择的协议——这样其他人可能会重用或审查它。记住,数据选择是数据处理的一种形式。

期刊、资助方(包括公司)、研究实验室和大学应该要求这样的开放数据实践,就像他们在临床试验、基因组学、地球科学和其他一些学科中所做的那样。共享数据可以提高可靠性,促进协作并加速进展。例如,高能物理社区可以教会其他人如何分享研究协议,从而使每一篇论文都是可重复或再现的。

虽然这并不广为人知,但许多出版政策和政府研究行为守则已经要求获得进一步的数据。值得注意的是,与其他在研究上投入巨资的国家相比,美国没有全国性的法规。需要进一步努力才能使这种共享自动进行,而不是“应要求”进行。正如《自然》杂志最近撤回的那篇关于马约拉纳岛的论文所表明的,看到完整的数据对于评估一项实验是至关重要的。

批评者会反驳说,简单地分享数据并不能捕捉到实验室里发生的一切,经验和洞察力——手艺——具有协议无法描述的价值。我认为,可靠的、有用的科学是建立在可靠的过程之上的,这些过程可以被反复考察、验证和重新审查,只要有必要。

开放的过程。审稿人需要对不寻常的主张提出更多的质疑。结果好得令人难以置信吗?是否提供了足够的数据?是否考虑过其他解释?应该进行交叉核查,这样就更难证明一个不可靠的主张。对于马约拉纳物理学来说,这就像比较电流峰值的磁场和电场依赖性与理论上的预期一样基本。如果坚持这样做,这将挫败许多错误的主张。

但即使是最严格的审查也可能被忽略。如果论文被拒绝,作者可以不理会所有的输入,将他们的手稿发送到另一个期刊。我曾见过一些马约拉纳岛的论文,因为科学原因受到了多次负面评论和拒绝,但在另一份备受瞩目的期刊上发表的论文只有微小的改动。开放出了名的不透明的出版程序是减少糟糕研究扩散的关键。

编辑应该承担责任:他们是做决定的人,即使他们对某篇论文的主题缺乏深入的专业知识。每一篇被录用的论文都应该附上编辑的名字。对于每次撤回,编辑都应该提供他们对所发生的事情的看法。所有的期刊,特别是高影响力的期刊,都需要得到社区的监督。编辑撤回应该被广泛应用,因为等待作者自己撤回论文可能需要很长时间。目前,大多数期刊甚至没有能力对其论文中的错误进行自己的调查。它们应该在研究界的帮助下建设这种能力。

马约拉纳岛的研究呢?它仍然是可行的和重要的。但是,在我看来,关键的发现还没有被发现。现在需要集中精力改进我们的纳米线材料、实验技术和数据分析,以及梳理出其他解释。需要可靠的证明,粒子确实是自己的反粒子,与我们的眼睛在完整的数据。

只有到那时,我们才能准备好开发马约拉纳量子计算机。

自然592,350-352 (2021)

doi: https://doi.org/10.1038/d41586 - 021 - 00954 - 8

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2023-07-01 06:17:471

纳米线场效应管原理是什么

纳米线场效应管原理纳米线场效应管原理是一种新型的电子器件,它利用纳米线的特性来控制电子流动。纳米线场效应管是一种由纳米线构成的电子器件,它可以控制电子流动,从而控制电子信号的传输。纳米线场效应管的原理是,当电场施加到纳米线上时,纳米线上的电子会受到电场的影响,从而改变其运动方向,从而控制电子流动。纳米线场效应管的优点是它可以提供更高的电子传输效率,更低的功耗,更小的尺寸,更高的可靠性和更高的信号质量。
2023-07-01 06:17:541

银纳米线的介绍

纳米线是一种纳米尺度(1纳米=10^-9米)的线。 换一种说法,纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。这种尺度上,量子力学效应很重要,因此也被称作量子线。根据组成材料的不同,纳米线可分为不同的类型,包括金属纳米线(如:Ni,Pt,Au等),半导体纳米线(如:InP,Si,GaN 等)和绝缘体纳米线(如:SiO2,TiO2等)。分子纳米线由重复的分子元组成,可以是有机的(如:DNA)或者是无机的(如:Mo6S9-xIx)。 作为纳米技术的一个重要组成部分,纳米线可以被用来制作超小电路。 银纳米线除具有银优良的导电性之外,由于纳米级别的尺寸效应,还具有优异的透光性、耐曲挠性。因此被视为是最有可能替代传统ITO透明电极的材料,为实现柔性、可弯折LED显示、触摸屏等提供了可能,并已有大量的研究将其应用于薄膜太阳能电池。此外由于银纳米线的大长径比效应,使其在导电胶、导热胶等方面的应用中也具有突出的优势。
2023-07-01 06:18:001

纳米棒、纳米管、纳米线等形状是怎么形成的

纳米棒、纳米管、纳米线等同属一维纳米材料。纳米管的典型代表就是纳米碳管,它可以看作由单层或者多层石墨按照一定的规则卷绕而成的无缝管状结构,其它的还育si、se、Te、Bi、BN、BCN、WS2、MoS2、Ti02纳米管等。纳米棒一般是指长度较短、纵向形态较直的一维圆柱状(或其截面成多角状)实心纳米材料;纳米线是长度铰长,形貌表现为直的或弯曲的一维实心纳米材料。不过,目前对于纳米棒和纳米线的定义和区分比较模糊。其典型代表有单质纳米线:如Si和Ge等;氧化物纳米线,如SnO。和ZnO等;氮化物纳米线,如GaN和Si3N4。等;硫化物纳米线,如CdS和ZnS等:三元化合物纳米线,如BaTi03和PbTiO3等。如果要知道形状是怎么形成的,就要了解一维纳米材料的制备方法,可以看看参考资料。
2023-07-01 06:18:152

纳米线技术可将太阳能电池效率翻倍

挪威 科技 大学(NTNU)研究小组开发了一种使用半导体纳米线材料制造超高效率太阳能电池的方法。如将其用于传统的硅基太阳能电池,这一方法有望以低成本将当今硅太阳能电池的效率提高一倍。该研究论文发表在美国化学学会期刊《ACS光子学》上。 新技术主要开发者、NTNU博士研究生安詹·穆克吉表示,他们的新方法以非常有效的方式,利用砷化镓材料以及纳米结构完成,因此可以仅使用常用材料的很小一部分,就提高太阳能电池的效率。 砷化镓因其非凡的光吸收和电气特性而成为制造高效太阳能电池的最佳材料,通常用于制造太空太阳能电池板。然而,高质量砷化镓太阳能电池组件的制造成本相当高。近年来人们意识到,与标准平面太阳能电池相比,纳米线结构可潜在地提高太阳能电池的效率,所用的材料也更少。 NTNU研究人员黑格·威曼称,团队找到了一种新方法,通过在纳米线结构中使用砷化镓,制造出效率比其他任何太阳能电池高10倍以上的超高功率太阳能电池。 砷化镓太阳能电池通常生长在厚且昂贵的砷化镓基板上,几乎没有降低成本的空间。新方法则在廉价的硅平台上使用垂直站立的半导体纳米线阵列结构来生长纳米线。威曼教授解释说,最具成本效益和效率的解决方案是生长双串联电池,顶部的砷化镓纳米线电池生长在底部的硅电池上,从而避免使用昂贵的砷化镓衬底。 研究人员使用分子束外延的方法来生长纳米线,通过适当的投资和工业规模的研发项目,这项技术的开发可具有直接成本效益。研究人员表示,将该产品集成在硅电池之上,可将太阳能电池效率提高到40%,与当今商用硅太阳能电池相比,这意味着效率翻了一番。利用新方法进行调整,使纳米线在不同的基板上生长,还可能为许多其他应用打开大门。 研究人员表示,他们正 探索 在石墨烯等原子级薄的二维基板上生长这种类型的轻量级纳米线结构。在自供电无人机、微型卫星和广大其他空间应用上,其都将拥有巨大潜力。 编辑/范辉
2023-07-01 06:18:211

为什么采用气相法能合成出金属纳米线

1 物理方法1。1 真空冷凝法  用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体,然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控,但技术设备要求高。1。2 物理粉碎法  通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。 其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 1。3 机械球磨法  采用球磨方法,控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低,但产品纯度低,颗粒分布不均匀。 2 化学方法2。1 气相沉积法  利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高,粒度分布窄。2。2 沉淀法  把沉淀剂加入到盐溶 [
2023-07-01 06:18:281

纳米线的结构

纳米线可以有多种形态。有时它们以非晶体的顺序出现,如五边对称或螺旋态。电子会在五边形管和螺旋管中蜿蜒而行。这种晶体顺序的缺乏是由于纳米管仅在一个维度(轴向)上体现周期性,而在其它维度上可以以能量法则产生任何次序。例如,在一些个例中,纳米线可以显示五重对称性,这种对称性无法在自然界中观测到,却可以在少量原子促成的簇中发现。这种五重对称性相当于原子簇的二十重对称性:二十面体是一簇原子的低能量态,但是由于二十面体不能在各个方向上无限重复并充满整个空间,这种次序没有在晶体中观测到。
2023-07-01 06:18:361

水晶纳米鱼线优缺点

水晶纳米线优点是超级耐水,钓一天线也无什变化,不会打卷,钩不出问题一付子线可钓一天,专钓穿条优点突出。缺点是挠度硬些,比尼龙钓线用细些,强度优点便没了。
2023-07-01 06:18:511

纳米线,纳米棒,纳米带的区别

分类: 教育/科学 >> 科学技术 问题描述: 请问 解析: 在纳米尺度下,物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能: (1)表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显着地增加。同时,表面原子具有高的活性,且极不稳定,它们很容易与外来的原子结合,形成稳定的结构。所以,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 (2) 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变,在一定的条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。纳米颗粒尺寸小,表面积大,在熔点,磁性,热阻,电学性能,光学性能,化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化,产生一系列奇特的性质。例如,金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,并产生吸收峰的等离子共振频率偏移;出现磁有序态向磁无序,超导相向正常相的转变。(3) 量子尺寸效应 各种元素的原子具有特定的光谱线,如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释,由无数的原子构成固体时,单独原子的能级就并合成能带,由于电子数目很多,能带中能级的间距很小,因此可以看作是连续的,从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别,对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言,大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级;能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子尺寸效应。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此,对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应,原有宏观规律已不再成立。 (4) 宏观量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而溢出器件,使器件无法正常工作,经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。 纳米材料按维数可分为:零维的纳米颗粒和原子团簇,它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内(均小于100nm);一维的纳米线、纳米棒和纳米管,它们在空间有二维处于纳米尺度;二维的纳米薄膜,纳米涂层和超晶格等,它们在空间有一维处于纳米尺度。这里我们详细介绍一下倍受人们关注的准一维纳米材料——碳纳米管。 碳纳米管(carbon nanotubes)于 1991年由 NEC(日本电气)筑波研究所的饭岛澄男(Sumio Iijima)首次发现。碳纳米管,又称巴基管(buckytubes),属于富勒(fullerene)碳系。碳纳米管的发现是伴随着C60研究的不断深人而实现的。1991年,饭岛澄男用石墨电弧法制备油的过程中,发现了一种多层管状的富勒碳结构,经研究证明它是同轴多层的碳纳米管。碳纳米管是一种纳米尺度的,具有完整分子结构的新型碳材料。它是由碳原子形成的石墨片卷曲而成的无缝,中空的管体。 碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理,化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注,并迅速在世界上掀起了一段研究的热潮。今年4月底美国IBM公司科学家宣布,他们用纳米碳管制造出了第一批晶体管。这一晶体管领域的技术突破有可能导致更小更快的芯片出现,并可能使现有的硅芯片技术逐渐被淘汰。8月第日本九州大学教授新海征治通过试验成功地把碳纳米管制作成环状。据认为,这种环状碳纳米管有新的物性,值得进一步研究。我国在碳纳米管领域的研究一直走在世界的前列:中国科学院物理研究所解思深在成功地发明了碳纳米管走向生长新方法的基础上(这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上),又成功地制备出长度达3mm毫米的超长碳纳米管阵列,其长度比现有碳纳米管的长度大l-2个数量级,创造了一项“3mm的世界之最”,受到了国内外的普遍关注(该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上);中国科学院物理研究所解思深研究员领导的研究小组利用常规电弧放电方法,首次制备出世界上最细的碳纳米管,其内径仅为0.5nm,这一结果已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4nm。该研究成果“Creating the narrowest carbon nanombes”已发表在2000年第一期Naiurei[L.F.Sun,S.S.Xie,etaI、Nature,403(2000)384],英国著名新闻媒体BBCNEWS也在互联网上专门报道了这一消息,并称“中国科学家首次制备出世界最细碳纳米管,中国纳米管的最小尺寸为o.5nm,距理论极限值仅差0.1nm”。今年6月,中科院化学所有机固体研究室日前成功研制了超双疏阵列碳纳米管膜。该所的江雷研究员认为,该成果进一步证明了我国科学家在该领域的理论设想:是纳米级结构决定了超疏水的效果,而不是人们原来认为的微米级结构在起作用。 作为一种新型的纳米尺度的“超级纤维”材料,碳纳米管具有许多其他材料不具备的力学,电学和化学特性。这些特住使得碳纳米管的应用前景十分广阔: (1)高硬度,质轻。理论计算和实验研究表明,单壁碳纳米管的杨氏模量和剪切模量都与金刚石相当,其强度是钢的100倍,而密度却只有钢的六分之一,是一种新型的“超级纤维”材料。关于碳纳米管这种“超级纤维”材料,有人曾作了一个奇特的设想,用它来制造太空升降机的缆绳。如果人类将来真的有一天能够制造出太空升降机用作从地球到外层空间站的通道的话,碳纳米管缆绳将是唯一不会因为自重而折断的材料。 (2)高柔性,高弹性。最近的实验还表明,碳纳米管同时还具有较好的柔性,其延伸率可达百分之几。不仅如此,碳纳米管还有良好的可弯曲性,它不但可以被弯曲成很小的角度也可以被弯曲成极其微小的环状结构,当弯曲应力去除后,碳纳米管可以从很大的弯曲变形中完全恢复到原来的状态。除此之外,即使受到了很大的外加应力,碳纳米管也不会发生脆性断裂。由此看来,纳米管具有十分优良的力学性能,不难推测,这种“超级纤维”材料在未来工业界将会得到很多的应用,其中之一是用作复合材料的增强剂。 (3)场电子发射性质。近年来,研究发现碳纳米管的端口极为细小而且非常稳定,十分有利于电子的发射。它具有的极佳场发射性能将使其有望取代目前使用的其他电子发射材料,成为下一代平板显示器的场发射阴极材料。我国西安交通大学朱长纯教授率领的小组首次利用碳纳米管研制出新一代显示器样品。在普通电压的驱动下,一厘米见方硅片上有序排列的上亿个碳纳米管立刻源源不断地发射出电子。在电子的"轰击"下,显示屏上"CHINA"字样清晰可见。这个显示器已连续无故障运行,显示质量和性能没有出现任何衰减。 (4)储氢功能。氢气成本低且效率高,在能源日益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的今天,以氢燃料作为汽车燃料的呼声不断出现,日益高涨。世界四大汽车公司,美国的通用公司和福特公司,日本的丰田公司,德国的戴姆勒—奔驰公司,都在加快研制氢燃料汽车的步伐。汽车要使用氢燃料作为动力,其关键技术环节有两个,一是贮氨技术,二是燃料电池技术。目前,燃料电池技术已经成技,因此氢气在汽车上的贮存技术已经成为发展氢燃料汽车的关键。传统的贮氢方法有两种,一种是采用压缩贮氢的方式,用高压钢瓶(氢气瓶)来贮存氢气;钢瓶贮存氢气的容积很小,即使加压到l50个大气压,瓶里所装氢气的质量还不到氢气瓶质量的1%,而且还有爆炸的危险。另一种是采用液氢贮氢的方式,将气态氢降温到-253℃变为液体进行贮存;氢气液化的费用非常昂贵,它几乎相当于三分之一液氢的成本;而且,液氢的贮存容形异常庞大(占去汽车内的有限空间),需要极好的绝热装置来隔热,才能防止液态氢不会沸腾汽化而避免浪费。以上诸多的原因,使得以氢气作为汽车动力燃料的应用一直都遇到很大的困难。尽管近年来,人们在不断开发利用贮氢合金来贮存氢气,但高性能的贮氢材料一直是人们寻求的目标。 碳纳米管出现后,人们在不断探讨碳纳米管用于贮氢的可能性。最近的研究结果表明,这一技术的实际应用可望在不久的将来得以实现。1999年,美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)和IBM公司首次测试了碳纳米管吸附氢气的能力(贮存氢气的能力)、并发现,碳纳米管吸附氢气的能力随着管径的增大而提高。在一个大气压和室温下,锂和钾化学掺杂的碳纳米管的吸氢能力分别提高到对20wt%和14wt%,它们远远超过了6.5wt%的贮氢技术指标。这些研究结果证明,用单壁碳钢术管不需高压就可贮存高密度的氢气,并由此可望解决氢燃料汽车所要求的能够工作在室温下的低气压,高容量贮氢技术难题。
2023-07-01 06:19:111

什么是以为纳米线阵列?

一维就是只一条线那种形式的,其实纳米线都是一维的,没有二维纳米线,二维的就是指面形状的,就像纸一样。一维纳米线阵列就是,指纳米线排成的一个整齐有序的结构。放大几万倍来看就像鞋刷子上的毛组成的阵列。俺就是专门搞纳米线的,专业,哈哈。
2023-07-01 06:19:181

核壳结构纳米线和纳米管的区别

虚实区别,拼音区别。1、虚实,核壳结构纳米线是实心的,而纳米管是空心的。2、拼音,纳米线的拼音为“namixian”,而纳米管的拼音为“namiguan”。
2023-07-01 06:19:251

热蒸发法制备纳米线的优缺点

沉淀法优点:简单易行。缺点:纯度低,颗粒半径大,适合制备氧化物。溶胶凝胶法优点:均匀性好,纯度高,颗粒细。缺点:烧结性差。微乳液法优点:粒径分布窄,可控,稳定性好。缺点:分子间隙大。高温水热法优点:粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低。缺点:设备要求高,技术难度大,安全性能差。
2023-07-01 06:19:311

纳米材料是怎么生产出来的

太多了,纳米材料分一维、二维、三维纳米材料。一维纳米材料:纳米晶、纳米片、纳米颗粒等等二维纳米材料:纳米线、纳米管三维纳米材料:纳米薄膜不同维数的纳米材料制造方法也不一样。一维纳米材料一般都是用化学方法得到的,化学气象沉积法CVD,也有用机械研磨得到的纳米颗粒二维纳米材料纳米线一般用外延生长,像氧化锌纳米线、纳米阵列研究的比较多三维纳米薄膜制作方法最多,基本上所有的可以材料都可以制备出薄膜,物理气象沉积(脉冲激光沉积、真空蒸发、溅射等等)
2023-07-01 06:19:401

纳米线能切断金刚石吗

纳米线不能切断金刚石。金刚石仍然是最坚硬的材料,莫氏硬度为10,纳米线的硬度比金刚石低,硬度低的物质不能切割硬度高的物质,所以纳米线不能切断金刚石。
2023-07-01 06:19:491

求高手帮我分下下氧化锌纳米线XRD图谱,图谱中的(002)是什么意思?

你可以去了解一下millerindex米勒指数。希望有所帮助,是垂直于C轴的晶面您好!图谱中的(002)是什么意思?答:是晶体的晶面,具体说来
2023-07-01 06:19:581

微纳米线和纳米晶体的区别

区别是微纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线的纵横比在1000以上,因此它们通常被称为一维材料。
2023-07-01 06:20:051

超导纳米线单光子探测器

产品简介 在光学成像及光通讯系统中,光信号探测器是非常重要的部件。光信号探测器的极限能力是能够探测光的基本组成单元,即单个光子。基于超导纳米线技术,荷兰Single Quantum公司研究和开发了高性能的单光子探测器。该单光子探测器置于闭循环低温恒温器内,确保超导纳米线在极低温度下稳定工作。Single Quantum超导纳米先单光子探测系统性能优异,使其成为很多具有挑战的科学研究应用的首选。Single Quantum多通道超导纳米线单光子探测具备高探测效率和高时间分辨。该系统能在很宽的光谱范围内提供超过85%的系统探测效率及小于15 ps的超高时间分辨率。超导纳米线单光子探测器的主要工作机理是,当系统接收到一个光子时,超导纳米线会改变状态,由超导态变成电阻态,从而生成可以探测到的电信号。探测器与光纤耦合,工作在2.5K左右的闭循环低温恒温器中。该设计不消耗液氦而且能保证系统连续运行超过10000小时,为光信号测试提供一键开关式解决方案。 主要特点 高系统探测效率 低时间抖动 高计数率 低暗计数 稳固的光纤耦合 无液氦消耗 操作简易 主要应用 量子信息计数 量子通讯及量子加密研究 近红外时间分辨 光谱测试 激光雷达 参数指标 拓普光研 | TOP Photonics 拓普光研(TOP Photonics),成立于2009年,多年来致力于先进光子学相关技术的应用与推广工作。公司与Hamamatsu,Yokogawa,3sae,CorActive,LAB,EKSMA,EKSPLA,SingleQuantum,Fibercore,LVF,Furukawa,Santec,Innofocus,GoLight等三十多家光电领域的高 科技 公司合作,在国内做市场咨询、产品推广、本地化技术服务等工作。 公司专注于光纤传感、激光器集成、激光应用、微纳与集成光学、光纤通信、光学软件仿真等领域;涉及石油天然气传感、超高压输电监控、光纤激光集成、中远红外激光集成、超快激光集成与加工应用、3D激光打印、量子光学、集成光电子芯片、生物医学成像、高速光纤通信测试自动化、信息光学处理自动化等诸多细分领域。为广大用户提供软件仿真,核心光学器件,测试仪表与系统,光学加工系统等高端产品解决方案。 如需了解更详细内容,请点击“「「链接」」”
2023-07-01 06:20:141

基于二维纳米线的光电器件

近日,来自澳大利亚墨尔本大学的研究人员在Nanophotonics上以 Nanowires for 2D material-based photonic and optoelectronic devices 为题发表综述文章,系统综述了近年来各种纳米线在光电子学和光电子学中的应用,以及纳米线与二维材料的结合。这篇综述文章介绍了纳米线作为谐振器或/和波导,以提高光子集成电路中用于光增强和引导的二维材料的性能。此外,本文还介绍了在光电子领域研究的纳米线和二维材料的混合。本文综述了纳米线与二维材料在光电子学和光电子学中的杂交,并对未来的研究进行了展望。 图1. 二维材料和纳米线耦合的示意图 图源:Advanced Materials 33, 2101589 (2021). 几十年来,光与物质相互作用的研究越来越受欢迎。最近的重点是提高光与物质相互作用的强度,以实现紧凑的集成光子电路、高效的光子器件和多功能光电子系统。二维材料是现代科学中研究最活跃的材料之一。使用二维材料进行研究有很多优点。例如,二维材料提供了良好的机械性能,例如高度可弯曲和可拉伸,而不会造成损坏。此外,通过简单地使用胶带从大块晶体中剥离二维材料,可以轻松创建原子级光滑、单层或几层样品,这增加了实验室研究中二维材料的使用。通过剥离方法,二维材料可以转移或堆叠到任何材料上,而无需考虑晶格失配问题。到目前为止,研究人员已经确定了一个二维材料库,其特性从金属到绝缘体不等,这些材料有时表现出独特的特性,如高导电性、高非线性或依赖谷值的电/光响应。 纳米线与二维材料的杂交使二维材料能够更好地作为光子和电子器件发挥作用。纳米线可以由金属、半导体或绝缘体制成。金属纳米线用途广泛,因为它们既可以用作电极,也可以用作光子元件。银因其高透射率、低电阻和高柔韧性而经常被用作电极材料。通过加入MXene、石墨烯或氧化石墨烯等二维材料,可以解决阻碍其实际使用的一些瓶颈问题。例如,二维导电层连接纳米线并使表面光滑,从而降低电阻。此外,二维绝缘材料保护金属纳米线免受氧化。这些异质结构可以是图1所示的各种配置。除电极外,金属纳米线还起到波导、开放纳米腔和控制发光性能的作用。随着半导体制造技术的进步,半导体纳米线被广泛应用,并作为集成光子电路的平台发挥着重要作用。半导体纳米线的一个显著优势是,它与互补金属氧化物半导体(CMOS)技术兼容,同时还提供了先进的电气和光学功能。当这些纳米线以核壳或纳米线的形式与单层结构上的二维材料结合时,预计会产生协同效应。 图2. 将金属纳米线与二维材料结合用于柔性透明电极 图源:Advanced Materials 33, 2101589 (2021). 柔性和透明电极适用于各种应用,并有望在光电子学中广泛使用。这种电极已用于柔性有机发光二极管(Folders)、太阳能电池和许多其他光电应用。金属纳米线因其高透射率和低片电阻而对柔性透明电极(FTE)的开发特别有吸引力。传统上,氧化铟锡(ITO)是一种广泛采用的柔性透明电极材料。ITO具有高导电性,同时在可见光波长下透明。然而,使用ITO有几个缺点,包括机械稳定性差,弯曲基板时由于裂纹导致电阻增加。此外,铟是地壳中稀缺的原材料,因此需要使用替代材料。金属纳米线因其优异的光学和电学性能而成为很有前途的候选者。它们展示了诱人的特性,有望在商业应用中取代ITO。这是因为纳米结构增加了弹性,同时保持了良好的导电性和光学透明度,因此它们对弯曲和折叠裂纹具有弹性。 然而,金属纳米线仍然存在一些固有的缺点,包括表面粗糙度高,与基底的附着力低,纳米线界面之间的不连续结构,以及快速降解。这些问题可以通过添加额外的材料来克服,即创建一个混合系统。这些混合系统由二维材料组成,其特性适用于克服这些问题。例如,MXene是一种二维材料,由过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物组成,经常用于缓解问题。MXene因其高导电性和大表面积等特点,在传感器和透明电极领域被广泛 探索 。石墨烯由于其独特的电学和光学性质,也是这方面很有前途的二维材料之一。 图3. 纳米线与二维材料耦合以增强光与物质相互作用 图源:Advanced Materials 33, 2101589 (2021). 同样,石墨烯也被用于改善混合系统中电极的导电性。已经有研究工作实验实现了由银纳米线和电化学剥离石墨烯(EG)组成的透明电极。详细地说,首先将含有银纳米线的溶液喷涂到柔性基底上,即聚萘二甲酸乙二醇酯,然后进行电化学剥离石墨烯分散。研究人员比较了不同体积的带有电化学剥离石墨烯层的银纳米线与原始银纳米线的薄片电阻和透射率。此外,为了长期稳定性,样品在空气中暴露120天。在此期间,混合材料的薄片电阻保持不变,而原始样品的薄片电阻在暴露10天后增加。研究报告说,通过部署电化学剥离石墨烯层,他们能够在不显著降低透射率的情况下降低薄片电阻,同时将粗糙度分别从78Ω/sq降低到13.7Ω/sq,从16.4 nm降低到4.6 nm。由于分散层使Ag-纳米线结和孔的表面变平,因此EG涂层降低了薄板电阻和粗糙度。本文进一步展示了该电极作为阳极在有机太阳能电池和聚合物LED中的应用。 二维材料不仅可以降低表面粗糙度,而且可以作为保护层防止金属纳米线氧化。银纳米线是钙钛矿太阳能电池(PVSC)最常用的底部电极金属线之一,由于钙钛矿层中卤化物的释放而导致腐蚀问题。最近有研究人员提出采用大尺寸氧化石墨烯(LGO)片作为银纳米线透明电极的保护层。作为保护层的大尺寸氧化石墨烯片对于减少整体边界面积至关重要,因为片之间的边界允许卤化物物种进入。在这项工作中,采用离心法分离不同尺寸的氧化石墨烯板。将减少的大尺寸氧化石墨烯分散液滴在Ag-纳米线电极上,并使用稳定的热风流进行干燥。电极保持其初始电阻超过45小时,而原始样品在0.8 V偏压下10小时后电阻呈指数增长。本研究证明了构建高稳定性PVSC的可能性。 通过增加发光二维材料的自发辐射率,可以产生更亮的光源。有腔和无腔的自发辐射率速率之比称为Purcell因子,它与Q因子成正比,与光模体积成反比。已经有很多方法可以实现高的光致发光强度,这可以通过纳米线与过渡金属二硫化物的杂交来实现。利用纳米线也是解决光学各向异性的常用方法。通过调整纳米结构的形态,可以控制共振频率和质量因子。随着二维 过渡金属二硫化物与等离子体或光学纳米线的结合,光的有效控制和增强可以应用于实际。 图4. 将半导体纳米线与二维材料结合可用于高性能光探测器 图源:Advanced Materials 33, 2101589 (2021). 总结与展望 如前所述,本文介绍了贵金属纳米线、半导体纳米线和钙钛矿纳米线,以及它们在传统应用、集成光子电路、光增强、路径控制和光电子学中的最新应用。此外,在综述中还介绍了通过加入过渡金属二硫化物层、石墨烯和氧化石墨烯等二维材料而取得的显著改进。研究表明,对这些二维材料的结构特征进行优化至关重要,比如尺寸或纳米线之间的距离。因此,对优化这些特性进行深入研究是有希望的。 本综述回顾了用于基于二维材料的光子和光电子器件的纳米线。纳米线在光子集成电路中具有作为谐振器和波导的潜在用途。介绍了利用纳米线的特性以及纳米线与二维材料的混合。不同类型的纳米线和二维材料的特性和用途有望为 探索 新的杂交材料提供新的视角,并最终改变现有设计,提高性能。 然而,文章认为,这些耦合仍然有一些缺点需要克服。例如,由于它们是纳米材料的混合,因此应该研究简便的合成方法。复杂的合成方法可能导致产率低、耗时且成本相对较高。此外,它们的长期稳定性仍需研究。高湿度、极高或极低的工作温度等恶劣环境可能会导致性能不佳。因此,提高它们的重复性、再现性,并在恶劣环境中对其性能进行试验,对未来的发展至关重要。此外,目前正在努力提高这些材料的性能。例如,已经有研究人员开发了一种用于超灵敏光电探测器的钙钛矿纳米线结晶度增加的制造方法。同样,未来的应用预计将通过提高材料的结晶度和研究设备的最佳布局来实现可扩展和集成的系统,从而提高结果。 参考文献: XSoumyabrata Roy, Xiang Zhang, Anand B. Puthirath et al. , Structure, Properties and Applications of Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride. Advanced Materials 33 , 2101589 (2021).
2023-07-01 06:20:451

一维纳米线的生长机制有哪些

气相生长法和液相生长法。1、气相生长法将金属,半导体和金属氧化物原料挥发成气态,在高温下与底板上的种子催化剂反应,在种子催化剂表面沉积出纳米线。2、液相生长法包括氢氧化物,盐酸化学物质的溶液和溶胶浸渍到基底,以及腐蚀过程中的化学反应,生长出纳米线。
2023-07-01 06:20:511

纳米线切割巨轮真实吗

原文里说了,切断轮船的材料就是纳米丝,这次计划被称为古筝计划,是史强想出来的,王淼博士做的就这是这方面的研究,这类纳米丝在接触它是都会被切断,包括里面的人轮船,还有他们掌握三体人的资料也会被切开,但没有关系因为他会切得很平整,还会被恢复,而对于里面的人这确实是一个好方法,纳米丝虽然很细,但是在高速接触他的一瞬间,都会被切断,纳米丝技能将人分成三段,也能将飞船切成三段,从而得到政府想要三体人的相关资料。
2023-07-01 06:20:581

为什么纳米银线涂布成膜要用墨水?怎么调制墨水?

目前在各种文献中列举了各种纳米银线成膜的方法,比如有旋涂、抽滤等,这些方法都是比较适合在实验室制备小批量样品。若是要量产纳米银线透明导电膜靠这类方法是无法实现的,目前最高效的生产方法就是用涂布机卷对卷涂布,因此要把银纳米线配制成适合这种工艺的墨水。银纳米线墨水的调制非常讲究,有几个要点要解决1.要解决银线的分散性,防止其团聚或者并线2.要有合适的成膜物质能帮助银纳米线成膜但又对电阻影响小3.要有良好的涂布性能,避免涂布过程中产生缩孔和缩边等。4.调整各个助剂的用量,使其涂布后的透过率、雾度、方阻等各项指标达到最佳。5.要考虑墨水的稳定性,避免墨水的变质导致涂布失败。
2023-07-01 06:21:061

纳米棒和纳米线主要的区别在于 A、粒径 B、长径比 C、厚宽比 D 、如上都是。

纳米技术是最新科学技术和工程技术,纳米是极小的长度单位,若一个原子的直径为10-10m,把10个原子一个挨一个地排列起来,长度是1nm.因此用单个原子,分子制造物质的技术是纳米技术.故选A.
2023-07-01 06:21:151

二氧化碳如何变氧气?

化学家创建了细菌和纳米线的混合系统,该系统从阳光中捕获能量并将其传递给细菌,从而将二氧化碳和水转化为有机分子和氧气。在地球上,这种生物混合物可以从大气中清除二氧化碳。在火星上,它将为殖民者提供原材料,以制造从燃料到毒品的有机化合物。效率大于大多数植物的光合作用效率。如果人类希望在火星上殖民,定居者将需要在行星上制造从燃料到毒品的各种有机化合物,这些化合物太昂贵了,无法从地球上运送。加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室(Berkeley Lab)的化学家对此有一个计划。在过去的八年中,研究人员一直在研究一种结合细菌和纳米线的混合系统,该系统可以捕获阳光能量,将二氧化碳和水转化为有机分子的结构单元。纳米线是一根细的硅线,大约是人类头发宽度的一百分之一,被用作电子元件,还被用作传感器和太阳能电池。“在火星上,大气中约有96%是CO 2。基本上,您所需要的就是这些硅半导体纳米线吸收太阳能并将其传递给这些臭虫,以便为您进行化学处理” , “对于深空任务,您关心的是有效载荷的重量,生物系统具有自我复制的优势:您无需发送大量信号。这就是我们的生物混合动力版极具吸引力的原因。”伯克利实验室高级研究员兼Kavli主任Yang表示,除阳光外,唯一的其他要求是水,在火星上极地冰盖中水相对丰富,很可能位于地球大部分区域的地下。生物混合物还可以从地球上的空气中吸收二氧化碳,以制造有机化合物,并同时应对气候变化,这是由大气中人为产生的过量CO 2引起的。在3月31日发表在Joule杂志上的一篇新论文中,研究人员报告了将这些细菌(Sporomusa ovata)包装入“纳米线森林”以达到创纪录效率的里程碑:3.6%的传入太阳能被转换并存储在碳键中的碳原子以称为乙酸盐的两碳分子形式存在:本质上是乙酸或醋。乙酸酯分子可以用作从燃料,塑料到药物等各种有机分子的基础。许多其他有机产品也可以由细菌或酵母等基因工程生物体内的醋酸盐制成。该系统的工作原理类似于光合作用,植物自然利用它来将二氧化碳和水转化为碳化合物,主要是糖和碳水化合物。然而,植物的效率相当低,通常将不到一半的太阳能转化为碳化合物。系统可媲美将CO 2最佳转化为糖的工厂:甘蔗,效率为4-5%。除此之外还正在研究有效利用阳光和CO 2生产糖和碳水化合物的系统,从而有可能为火星殖民者提供食物。研究者五年前首次展示其纳米线-细菌混合反应堆时,其太阳能转换效率仅为约0.4%,与工厂相当,但与转换后的硅太阳能电池板的典型效率为20%或更高相比,效率仍然较低从光转换到电。研究人员最初试图通过将更多细菌堆积到纳米线上来提高效率,这些纳米线将电子直接转移到细菌进行化学反应。但是细菌与纳米线分离,破坏了电路。研究人员最终发现,这些臭虫在产生乙酸盐时降低了周围水的酸度-即增加了称为pH的测量值-并使它们与纳米线分离。他和他的学生们最终找到了一种方法,使水保持更酸性,以抵消由于连续不断产生乙酸盐而导致pH升高的影响。这使他们可以将更多细菌包装到纳米线森林中,将效率提高近10倍。他们能够在平行纳米线森林中运行反应器一周,而不会剥离细菌。在此特定实验中,纳米线仅用作导线,而不用作太阳能吸收剂。外部太阳能电池板提供了能量。但是,在现实世界的系统中,纳米线将吸收光,生成电子并将其传输到团聚在纳米线上的细菌。细菌吸收电子,类似于植物制造糖的方式,将两个二氧化碳分子和水转化为乙酸盐和氧气。杨说:“这些硅纳米线本质上就像一个天线:它们像太阳能电池板一样捕获太阳光子。” “在这些硅纳米线中,它们将产生电子并将其喂给这些细菌。然后细菌吸收CO 2,进行化学反应并吐出醋酸盐。”氧气是一种附带好处,在火星上,可以补充殖民者的人造大气,这将模仿地球21%的氧气环境。研究者通过其他方式对系统进行了调整,例如,将量子点嵌入细菌自身的膜中,该膜充当太阳能电池板,吸收阳光并消除了对硅纳米线的需求。这些靠机械装置维持生命的细菌也可以制造乙酸。实验室继续寻找提高生物杂交效率的方法,并且还在探索对细菌进行基因工程改造的技术,以使其具有更多的用途并能够产生多种有机化合物。该研究得到了美国国家航空航天局(NASA)对太空生物工程利用中心(CUBES)的资助,这是大学为开发太空生物制造技术而进行的一项多方努力。
2023-07-01 06:21:244

标题气相法和液相法反应制备纳米线过程中有催化剂出现的有哪些

气相法和液相法反应制备纳米线过程中有催化剂出现的有气相法制备纳米线、液相法制备纳米线。1、气相法制备纳米线:在气相法中,通常需要将金属材料(如金、银、铜、镍等)与气体反应,生成金属蒸气,并通过控制反应条件使金属蒸气在基底上沉积,最终形成纳米线,在这个过程中,常常需要添加催化剂来促进金属蒸气的生成和沉积,常用的催化剂包括氧化铝、氧化锌、氧化钛等。2、液相法制备纳米线:在液相法中,通常需要将金属盐(如氯化金、硝酸银等)与还原剂(如柠檬酸、异丙醇等)在溶液中反应,生成纳米线,在这个过程中,常常需要添加催化剂来促进反应的进行,常用的催化剂包括表面活性剂、聚合物等。
2023-07-01 06:22:301

纳米线抽滤好些还是离心

离心好。根据查询公开信息显示,离心甩的干,抽滤较潮湿,离心含固率一般80%以上,抽滤一般含固率60-70%。
2023-07-01 06:22:371

科研前线 - IMEC联合团队开发NWFETs分析模型,探索HCD物理机制

探索HCD物理机制" img_height="237" img_width="1080" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/8e85ab753c771965.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 直击前线科研动态 尽在 芯片揭秘 科研前线 在第27届 IEEE IPCF 会议上,IMEC发表了与欧洲名校KU Leuven和TU Wien的联合研究成果,其团队拓展了HCD(热载流子退化)效应的研究模型,综合考虑了HCD效应与自热效应两种现象之间的关联和相互影响,并在对纳米线晶体管的实测中获得了验证。 在先进集成电路器件中,器件尺寸的缩小幅度大于工作电压和偏置应力电压的减小幅度,从而造成高电场;除此之外,晶体管的通道长度与载流子的平均自由程相当或更短,载流子因散射耗散的能量随之大减。综上因素因素会导致载流子的大幅加速,进而导致显著的 热载流子退化* (Hot-carrier degradation,以下简称HCD)。在 纳米线(Nanowire) 晶体管器件和FinFET等10nm和亚10nm尺寸的集成电路器件中,HCD效应因自热效应(Self-Heating Effect)而进一步加剧,被认为是最为损害器件可靠性的问题。 而与HCD密切相关的 偏置温度不稳定性 (Bias Temperature Instability,以下简称BTI)现象,在晶体管中相比HCD破坏性要小。在近年的研究中,控制和缓解BTI的技术手段被提出并得到了验证,这些工作大多基于两点,一是通过 调整功函数 将缺陷带转移到载流子无法达到的能量区域,二是在 SiO层 和 high-k 层之间引入偶极子。然而,到目前为止,尚无能有效减缓HCD效应的手段,更好地了解导致HCD的物理机制将有助于 探索 减缓HCD效应的手段。 自热增强了HCD效应,一个精确的HCD预测模型应该考虑自热效应的影响,但目前模拟自热对HCD影响的模型都基于实验经验和孤立猜想和假设,存在片面性。为加深对HCD诱发机制的理解,建立更接近电路实际工作条件的研究模型, IMEC 与 鲁汶大学 ( KU Leuven )和 维也纳工业大学 ( TU Wien )联合实验团队提出并验证了新的物理模型。相关成果以“ Physical Modeling the Impact of Self-Heating on Hot-Carrier Degradation in pNWFETs ”为题发表于2020年举办的第27届IEEE国际集成电路物理与失效分析会议(IPFA, International Symposium on the Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits),来自IMEC及两所欧洲名校的Stanislav Tyaginov, Alexander Makarov等10名研究成员为本文共同作者,项目受到“ 欧盟地平线2020 ”科研规划下的“ 玛丽居里学者 ”项目资助。 *热载流子退化 :Hot-carrier degradation,也称热载流子降解,指器件内部的部分载流子受外部影响成为高能热载流子。这些热载流子会打断Si-H 键从而产生界面态,最终导致载流子平均自由时间减少,降低电子迁移率,从而使器件的源漏电流减小。器件关键电学特性的退化随着工作时间的增长而越来越明显,当退化量大于一定程度时便会引起器件乃至整个芯片的失效,带来严重的可靠性问题。 pNWFETs :p型纳米线(nanowire)场效应晶体管,GAA环栅晶体管器件结构的一种。 研究团队提出并验证了一个基于物理学基本原理的自热与热载流子退化(HCD)的建模框架。研究表明,自热对HCD的影响因素是多方面叠加的:一是分布式温度下载流子输运特性,二是温度对化学键振动寿命的依赖关系,三是键解离的热贡献。为了求解自热效应引起的晶格温度变化,团队综合求解了漂移-扩散方程和热流两公式;而温度的非均匀分布对载流子输运的影响表明了使载流子能量分布函数趋向高能量区。本研究团队所扩展得到的框架能够精确再现实验环境下pNWFETs的热载流子退化过程,同时也发现,如果忽视自热效应的影响,那么模型计算所得的HCD效应的严重程度将会大大低于实际观测值。 探索HCD物理机制" img_height="376" img_width="928" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/6e8e92ed56fb5ca6.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="553" img_width="862" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/175e7be8dc6ae6f4.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="552" img_width="866" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/499e6e679a9c6990.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="527" img_width="800" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/24a4fe86e409c77e.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="700" img_width="945" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/25c859507db5e3d7.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="335" img_width="1080" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/c1386e0c77366ccd.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="944" img_width="1360" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/276feeab1dc474be.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> 探索HCD物理机制" img_height="944" img_width="1362" data-src="//imgq8.q578.com/ef/0705/0b78b9604e12f986.jpg" src="/a2020/img/data-img.jpg"> *Minimos-NT ,是一款通用型半导体器件模拟软件,可提供任意二维和三维器件几何形状的稳态、瞬态和小信号分析。该软件由维也纳工业大学微电子研究所自主研发,用于集成电路器件的物理特性研究。 IMEC与知名高校KU Leuven和TU Wien通过建立创新物理模型,深入研究纳米线晶体管的自热效应与热载流子退化物理机制间的联系,Nanowire晶体管即将进入量产阶段,预计该成果将会对于未来纳米线晶体管的良率与器件可靠性提升有重要意义,基于该成果的拓展性研发也将会惠及未来Nanosheet和Forksheet器件的工艺研发。 团队带头人Stanislav Tyaginov博士出生于俄罗斯圣彼得堡,于2006年获物理学博士学位,IIRW和IRPS的技术计划委员会成员。他曾主导建设TU Wien微电子研究所的HCD模型开发小组,在科学期刊和会议论文集上发表论文100余篇。目前Tyaginov博士的研究领域包括:晶体管物理模型仿真、基于Si和碳化硅晶体管中的HCD效应研究、BTI和经时击穿的建模以及MOS器件中的隧穿现象。 IMEC,全称:Interuniversity Microelectronics Centre,即比利时微电子研究中心,是一家成立于u20061984u2006年的 科技 研发中心,u2006总部设在比利时鲁汶。IMECu2006的战略定位为纳米电子和数字技术领域全球领先的前瞻性重大创新中心,IMECu2006从u20062004u2006年起参与了从45nm到7nm的芯片前沿技术的研发。 维也纳工业大学(TU Wien),前身是维也纳帝国皇家理工学院,是一所作为奥匈帝国皇家学院的 科技 学院建立起来的综合性大学,是德语国家中的第一所 科技 型学府大学。在教学领域和研究领域都得到国际和国内的认可,是欧洲顶尖学府之一。 鲁汶大学(KU Leuven),是比利时最高学府、世界百强名校、欧洲十大名校之一,集成电路相关学科在欧洲名列前茅,与同在比利时的IMEC在集成电路技术研发方面有着深入、全面的合作。 论文原文链接: https://ieeexplore.ieee.org/document/9260648
2023-07-01 06:22:431

金属氧化物纳米线合成方法有哪些

从大的方面讲,可以分为物理法(如研磨法、溅射法等)、化学法(如溶胶-凝胶法等)和生物法(利用活的生物体或细胞合成纳米材料)。具体到各个材料上, 对应的技术又有不同。 可以是上述几种方法结合使用, 也可以是非常独特的方法。 总之, 需要将材料制成表面为纳米级, 以保证材料具有微表面越大越好.纳米金属粉末的特点:1.高效催化剂:纳米粉末所具有的高活性、比表面积大的特点使其常适于用作为催化剂。实验研究表明,纳米钴粉、粉、锌粉等具有极强的催化效果。利用这些纳米粉末制成的催化剂在一些有机物的化学合成方面,催化效率比传统催化剂要高出数十倍,可用于有机物氢化反应、汽车尾气处理等。(纳米钴粉,纳米镍粉,纳米锌粉)2.高效助燃剂:纳米粉末具有极强的储能特性,将其作为添加剂加入燃料中可大大提高燃烧率。将一些纳米粉末添加到火箭的固体燃料推进剂中, 可大幅度提高燃料的燃烧热、燃烧效率,改善燃稳定性。有研究表明,向火箭固体燃料中加入0.5%纳米铝粉或镍粉,可使燃烧效率提高10%-25%,燃烧速度加快数十倍。(纳米铝粉,纳米镍粉)纳米金属粉末的制备方法: 1.传统制备方法:气相法、液相法、固相法。2.新型制备方法:等离子气化法、金属喷雾燃烧法。
2023-07-01 06:22:521

纳米线,纳米棒,纳米带的区别

在纳米尺度下,物质中电子的波性以及原子之间的相互作用将受到尺度大小的影响。由纳米颗粒组成的纳米材料具有以下传统材料所不具备的特殊性能: (1)表面效应 球形颗粒的表面积与直径的平方成正比,其体积与直径的立方成正比,故其比表面积表面积/体积)与直径成反比。随着颗粒直径变小,比表面积将会显著增大,说明表面原子所占的百分数将会显著地增加。同时,表面原子具有高的活性,且极不稳定,它们很容易与外来的原子结合,形成稳定的结构。所以,在空气中金属颗粒会迅速氧化而燃烧。利用表面活性,金属超微颗粒可望成为新一代的高效催化剂和贮气材料以及低熔点材料。 (2) 小尺寸效应 随着颗粒尺寸的量变,在一定的条件下会引起颗粒性质的质变。由于颗粒尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为小尺寸效应。纳米颗粒尺寸小,表面积大,在熔点,磁性,热阻,电学性能,光学性能,化学活性和催化性等都较大尺度颗粒发生了变化,产生一系列奇特的性质。例如,金属纳米颗粒对光的吸收效果显著增加,并产生吸收峰的等离子共振频率偏移;出现磁有序态向磁无序,超导相向正常相的转变。(3) 量子尺寸效应 各种元素的原子具有特定的光谱线,如钠原子具有黄色的光谱线。原子模型与量子力学已用能级的概念进行了合理的解释,由无数的原子构成固体时,单独原子的能级就并合成能带,由于电子数目很多,能带中能级的间距很小,因此可以看作是连续的,从能带理论出发成功地解释了大块金属、半导体、绝缘体之间的联系与区别,对介于原子、分子与大块固体之间的超微颗粒而言,大块材料中连续的能带将分裂为分立的能级;能级间的间距随颗粒尺寸减小而增大。当热能、电场能或者磁场能比平均的能级间距还小时,就会呈现一系列与宏观物体截然不同的反常特性,称之为量子尺寸效应。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。因此,对超微颗粒在低温条件下必须考虑量子效应,原有宏观规律已不再成立。 (4) 宏观量子隧道效应 电子具有粒子性又具有波动性,因此存在隧道效应。近年来,人们发现一些宏观物理量,如微颗粒的磁化强度、量子相干器件中的磁通量等亦显示出隧道效应,称之为宏观的量子隧道效应。量子尺寸效应、宏观量子隧道效应将会是未来微电子、光电子器件的基础,或者它确立了现存微电子器件进一步微型化的极限,当微电子器件进一步微型化时必须要考虑上述的量子效应。例如,在制造半导体集成电路时,当电路的尺寸接近电子波长时,电子就通过隧道效应而溢出器件,使器件无法正常工作,经典电路的极限尺寸大概在0.25微米。目前研制的量子共振隧穿晶体管就是利用量子效应制成的新一代器件。 纳米材料按维数可分为:零维的纳米颗粒和原子团簇,它们在空间的三维尺度均在纳米尺度内(均小于100nm);一维的纳米线、纳米棒和纳米管,它们在空间有二维处于纳米尺度;二维的纳米薄膜,纳米涂层和超晶格等,它们在空间有一维处于纳米尺度。这里我们详细介绍一下倍受人们关注的准一维纳米材料——碳纳米管。 碳纳米管(carbon nanotubes)于 1991年由 NEC(日本电气)筑波研究所的饭岛澄男(Sumio Iijima)首次发现。碳纳米管,又称巴基管(buckytubes),属于富勒(fullerene)碳系。碳纳米管的发现是伴随着C60研究的不断深人而实现的。1991年,饭岛澄男用石墨电弧法制备油的过程中,发现了一种多层管状的富勒碳结构,经研究证明它是同轴多层的碳纳米管。碳纳米管是一种纳米尺度的,具有完整分子结构的新型碳材料。它是由碳原子形成的石墨片卷曲而成的无缝,中空的管体。 碳纳米管由于其独特的结构和奇特的物理,化学和力学特性以及其潜在的应用前景而倍受人们的关注,并迅速在世界上掀起了一段研究的热潮。今年4月底美国IBM公司科学家宣布,他们用纳米碳管制造出了第一批晶体管。这一晶体管领域的技术突破有可能导致更小更快的芯片出现,并可能使现有的硅芯片技术逐渐被淘汰。8月第日本九州大学教授新海征治通过试验成功地把碳纳米管制作成环状。据认为,这种环状碳纳米管有新的物性,值得进一步研究。我国在碳纳米管领域的研究一直走在世界的前列:中国科学院物理研究所解思深在成功地发明了碳纳米管走向生长新方法的基础上(这方面的文章发表在1996年的美国《科学》杂志上),又成功地制备出长度达3mm毫米的超长碳纳米管阵列,其长度比现有碳纳米管的长度大l-2个数量级,创造了一项“3mm的世界之最”,受到了国内外的普遍关注(该项成果已发表于1998年8月出版的英国《自然》杂志上);中国科学院物理研究所解思深研究员领导的研究小组利用常规电弧放电方法,首次制备出世界上最细的碳纳米管,其内径仅为0.5nm,这一结果已十分接近碳纳米管的理论极限值0.4nm。该研究成果“Creating the narrowest carbon nanombes”已发表在2000年第一期Naiurei[L.F.Sun,S.S.Xie,etaI、Nature,403(2000)384],英国著名新闻媒体BBCNEWS也在互联网上专门报道了这一消息,并称“中国科学家首次制备出世界最细碳纳米管,中国纳米管的最小尺寸为o.5nm,距理论极限值仅差0.1nm”。今年6月,中科院化学所有机固体研究室日前成功研制了超双疏阵列碳纳米管膜。该所的江雷研究员认为,该成果进一步证明了我国科学家在该领域的理论设想:是纳米级结构决定了超疏水的效果,而不是人们原来认为的微米级结构在起作用。 作为一种新型的纳米尺度的“超级纤维”材料,碳纳米管具有许多其他材料不具备的力学,电学和化学特性。这些特住使得碳纳米管的应用前景十分广阔: (1)高硬度,质轻。理论计算和实验研究表明,单壁碳纳米管的杨氏模量和剪切模量都与金刚石相当,其强度是钢的100倍,而密度却只有钢的六分之一,是一种新型的“超级纤维”材料。关于碳纳米管这种“超级纤维”材料,有人曾作了一个奇特的设想,用它来制造太空升降机的缆绳。如果人类将来真的有一天能够制造出太空升降机用作从地球到外层空间站的通道的话,碳纳米管缆绳将是唯一不会因为自重而折断的材料。 (2)高柔性,高弹性。最近的实验还表明,碳纳米管同时还具有较好的柔性,其延伸率可达百分之几。不仅如此,碳纳米管还有良好的可弯曲性,它不但可以被弯曲成很小的角度也可以被弯曲成极其微小的环状结构,当弯曲应力去除后,碳纳米管可以从很大的弯曲变形中完全恢复到原来的状态。除此之外,即使受到了很大的外加应力,碳纳米管也不会发生脆性断裂。由此看来,纳米管具有十分优良的力学性能,不难推测,这种“超级纤维”材料在未来工业界将会得到很多的应用,其中之一是用作复合材料的增强剂。 (3)场电子发射性质。近年来,研究发现碳纳米管的端口极为细小而且非常稳定,十分有利于电子的发射。它具有的极佳场发射性能将使其有望取代目前使用的其他电子发射材料,成为下一代平板显示器的场发射阴极材料。我国西安交通大学朱长纯教授率领的小组首次利用碳纳米管研制出新一代显示器样品。在普通电压的驱动下,一厘米见方硅片上有序排列的上亿个碳纳米管立刻源源不断地发射出电子。在电子的"轰击"下,显示屏上"CHINA"字样清晰可见。这个显示器已连续无故障运行,显示质量和性能没有出现任何衰减。 (4)储氢功能。氢气成本低且效率高,在能源日益显现不足和燃油汽车造成人类生存环境极大污染的今天,以氢燃料作为汽车燃料的呼声不断出现,日益高涨。世界四大汽车公司,美国的通用公司和福特公司,日本的丰田公司,德国的戴姆勒—奔驰公司,都在加快研制氢燃料汽车的步伐。汽车要使用氢燃料作为动力,其关键技术环节有两个,一是贮氨技术,二是燃料电池技术。目前,燃料电池技术已经成技,因此氢气在汽车上的贮存技术已经成为发展氢燃料汽车的关键。传统的贮氢方法有两种,一种是采用压缩贮氢的方式,用高压钢瓶(氢气瓶)来贮存氢气;钢瓶贮存氢气的容积很小,即使加压到l50个大气压,瓶里所装氢气的质量还不到氢气瓶质量的1%,而且还有爆炸的危险。另一种是采用液氢贮氢的方式,将气态氢降温到-253℃变为液体进行贮存;氢气液化的费用非常昂贵,它几乎相当于三分之一液氢的成本;而且,液氢的贮存容形异常庞大(占去汽车内的有限空间),需要极好的绝热装置来隔热,才能防止液态氢不会沸腾汽化而避免浪费。以上诸多的原因,使得以氢气作为汽车动力燃料的应用一直都遇到很大的困难。尽管近年来,人们在不断开发利用贮氢合金来贮存氢气,但高性能的贮氢材料一直是人们寻求的目标。 碳纳米管出现后,人们在不断探讨碳纳米管用于贮氢的可能性。最近的研究结果表明,这一技术的实际应用可望在不久的将来得以实现。1999年,美国国家再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory)和IBM公司首次测试了碳纳米管吸附氢气的能力(贮存氢气的能力)、并发现,碳纳米管吸附氢气的能力随着管径的增大而提高。在一个大气压和室温下,锂和钾化学掺杂的碳纳米管的吸氢能力分别提高到对20wt%和14wt%,它们远远超过了6.5wt%的贮氢技术指标。这些研究结果证明,用单壁碳钢术管不需高压就可贮存高密度的氢气,并由此可望解决氢燃料汽车所要求的能够工作在室温下的低气压,高容量贮氢技术难题。
2023-07-01 06:23:132

cds纳米粒子大小

硫化镉CdS纳米线直径50-400nm|长度10-80μm中文名称:硫化镉(CdS)纳米线英文名称:CdS纳米线直径:50-400nm长度:10-80 μm纯度:98%
2023-07-01 06:23:191

高分子纳米线是进口的吗

高分子纳米线是进口的。高分子纳米线是进口德国的。纳米线可以被定义为一种具有在横向上被限制在100纳米以下(纵向没有限制)的一维结构。悬置纳米线指纳米线在真空条件下末端被固定。典型的纳米线的纵横比在1000以上。
2023-07-01 06:23:261

纳米材料是怎么生产出来的

太多了,纳米材料分一维、二维、三维纳米材料。一维纳米材料:纳米晶、纳米片、纳米颗粒等等二维纳米材料:纳米线、纳米管三维纳米材料:纳米薄膜不同维数的纳米材料制造方法也不一样。一维纳米材料一般都是用化学方法得到的,化学气象沉积法CVD,也有用机械研磨得到的纳米颗粒二维纳米材料纳米线一般用外延生长,像氧化锌纳米线、纳米阵列研究的比较多三维纳米薄膜制作方法最多,基本上所有的可以材料都可以制备出薄膜,物理气象沉积(脉冲激光沉积、真空蒸发、溅射等等)
2023-07-01 06:23:363

纳米线做的拖把可吸水吗?

纳米拖把不仅强力吸水,连地面碎屑都轻松沾附。
2023-07-01 06:23:431

观察到人的头发丝直径约为100微米设一纳米线的直径为50纳米那么多少根纳米线的尺寸与一根头发丝相当?

1微米等于1000纳米!那么头发直径就是100乘以1000等于10万纳米!纳米线直径是50纳米!10万除以50等于2000!需要2000根纳米线才能够和头发直径一样!
2023-07-01 06:23:511

羽毛球拍里的线是什么做的

一般来说,羽毛球线有两种:聚酯线和尼龙线。1、聚酯线好处是线不会跑,比较好控制球。2、尼龙线则在跑线与弹性方面要差些。羽毛球线规格有:NBG-98JP纳米线、NBG-98JP大盘线、NBG-95纳米线、NBG-95JP纳米线、BG-6、BG-65、BG-65(大盘线)、BG-66、BG-70PRO、BG-80、BG-80(大盘线)BG-85。每种型号的羽毛线规格的反弹力、耐久性、控制性、吸震性、击球感等不一样。其中NBG-98JP纳米线规格的羽毛球线最好。羽毛球拍一般由拍头、拍杆、拍柄及拍框与拍杆的接头构成。一支球拍的长度不超过68厘米,其中球拍柄与球拍杆长度不超过42厘米,拍框长度不超过25厘米,宽为20厘米,随着科学技术的发展,球拍的发展向着重量越来越轻、拍框越来越硬、拍杆弹性越来越好、空气阻力越来越小的方向发展。扩展资料:1、粗细决定耐久度线径越粗,耐久性越好;线径越细,弹性相对越好。2、结构决定手感拍线手感由线芯、编织层、涂层等因素共同决定。线芯的材料越好强度越高。编织层决定线的硬度和飞行距离。涂层决定表层纹路的突显和耐磨强度的高低。3、硬度决定弹性和速度软线在控制的基础上反弹性更好,击球时更有包覆感。硬线反发性能好,球速更快,落点更加精准。拍线选择一般遵循强化球拍打感的原则。参考资料来源:百度百科-羽毛球拍
2023-07-01 06:24:019

纳米线,纳米棒,纳米带的区别

其长度比现有碳纳米管的长度大l-2个数量级,创造(1)高硬度,质轻。理论计算和实验研究表明,单壁碳目前,燃料电池技术已经成技,因此氢气在汽车上的贮存纳米线,纳米棒,纳米带的区别
2023-07-01 06:24:251

刻蚀硅纳米线失败

题主是否想询问“刻蚀硅纳米线失败怎么办”?1、首先,刻蚀硅纳米线失败要重新制备。2、其次,以食人鱼溶液清洗硅片,延长HF刻蚀时间。3、最后,完成剩余制备流程,即可成功制备。
2023-07-01 06:24:311

纳米线波减肥对身体有害吗

肯定是对人有害的,凡是不科学不正确的健康方式对人体都是有害的,所以这样的伤疤不要轻信,如果信多了你会伤害的更深,所以科学要用减肥的方法,不能乱来。
2023-07-01 06:24:394

去除纳米线氧化物的方法

1、首先采用板框压滤水洗去除纳米氧化物中氯离子的方法,将经沉淀法制备的稀土氧化物采用板框压滤进行固液分离。2、其次将用于水洗的板框从前往后进行分段水洗,然后再同时水洗去除氯离子,本发明方法具有工艺条件比较简单,生产成本较低。3、最后容易实现工业化生产的优点,且整个制备过程符合环保要求,经本发明方法得到的氧化物的氯离子含量小于20ppm,且一次粒径为30?70nm,颗粒分布均匀。
2023-07-01 06:24:581